KR100276279B1 - 철손이낮은풀리프로세스무방향성전기강판의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 모터 및 소형변압기 등 전기기기의 철심재료로 쓰이는 풀리 프로세스 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이며, 그 목적은 철손이 낮은 풀리 프로세스 무방향성 전기강판의 제조방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량%로, C:0.01%이하, Si:2.0%이하, Mn:1.0%이하 Al:1.0%이하, S:0.01%이하, N:0.01%이하, P:0.1%이하와 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 규소강 스라브를 열간압연, 열연판소둔, 냉간압연, 중간소둔, 스킨패스 압연하여 최종소둔하는 풀리 프로세스 무방향성 전기강판의 제조방법에 있어서,

상기의 규소강에 텡스텐을 0.02-0.50%첨가하고 1-12%로 스킨패스 압연하여 850℃이상 Ac₁변태점 이하의 온도에서 10초-15분 동안 최종연속소둔하는 철손이 낮은 풀리 프로세스 무방향성 전기강판을 제조하는 방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

철손이 낮은 풀리 프로세스 무방향성 전기강판의 제조방법

본 발명은 각종 모터 및 소형변압기 등 전기기기의 철심재료로 쓰이는 풀리 프로세스 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 철손이 낮은 풀리 프로세스 무방향성 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.

최근 에너지절약의 차원에서 철심재료인 전기강판에 있어서도 철손을 낮추어 전기기기의 에너지효율을 높이려는 욕구가 커지고 있다.

일반적으로 무방향성 전기강판의 철손은 이력손실과 와전류손실로 이루어지는데, 이력손실은 철심재료의 결정방위, 순도, 내부응력 등의 영향을 받으며, 와전류손실은 철심재료의 두께, 비저항, 자구의 구조등의 영향을 받는다. 상기의 이력손실은 총철손의 70-80%을 차지하므로 이력손실의 감소는 철손을 낮출 수 있는 중요한 요건의 하나이다. 이러한 이력손실은 결정립크기에 역비례하므로 결정립크기를 크게하면 철손이 낮아지게 되고, 그러기 위해서 최종소둔공정에서 장시간 고온으로 강판을 소둔처리하면 결정립크기를 크게 할수는 있지만 경제적으로 불리하고 연속적으로 소둔되므로 장시간 소둔한다는 것은 사실상 불가능하다.

또한 무방향성 전기강판의 철손은 집합조직에 의해서도 영향을 받는데, 자화용이축인〈100〉방향이 판면에 평행한 결정립이 많을수록 자기특성이 유리하고 이력손실을 낮추어 철손을 낮출 수 있다. 그러므로 자화용이축을 포함하지 않는 (111),(211)면보다는 (100),(110)면이 많은 철심재료를 만드는 것이 철손을 낮추어 에너지효율을 높일 수 있는 방법이다.

한편 무방향성 전기강판은 2종류로 분리되는데, 수요가가 가공후에 응력제거소둔을 반드시 실시해야만 하는 세미 프로세스 제품(semi-prosessed material)과 수요가가 응력제거소둔을 할 필요가 없는 풀리 프로세스 제품(fully-prosessed material)으로 나누어진다. 상기 세미 프로세스 제품은 제강 →연속주조 → 열간압연 → 열연판소둔 → 냉간압연 → 소둔 → 스킨패스압연 → 절연코팅의 제조공정으로 변형을 받은 상태로 출하된다. 따라서 수요가는 제품을 구입하여 원하는 형상으로 제품을 가공한 후에는 그 제품에 맞는 자기특성을 얻기 위하여 응력제거소둔을 실시 해야한다. 통상적으로 응력제거소둔은 균열온도가 800℃이상이 되면 절연코팅의 밀착성이 열화되어 전기기기의 특성을 악화시키기 때문에 균열온도 800℃ 전후에서 4-13시간 정도로 장시간 실시된다.

한편 풀리 프로세스 제품은 제강 →연속주조 → 열간압연 → 열연판소둔 → 냉간압연 → 최종소둔 → 절연코팅의 제조공정을 통하여 변형이 해소된 상태로 출하되므로 수요가가 응력제거소둔을 하지 않고 사용할 수 있는 장점을 가진 제품이다.

이제까지는 풀리 프로세스 무방향성 전기강판의 철손을 낮추기 위하여 특수원소첨가, 불순물이 적은 청정강 제조, 소둔조건을 제어하는 방법 등을 사용하여 왔다.

특수원소를 첨가한 대표적인 예로 일본공고 특허공보 (소) 56-54370호에 제시된 방법을 들 수 있는데, 상기 방법은 무방향성 전기강판에 Sb를 첨가하는 방법이다. 상기 방법에 의하면 집합조직의 개선에 따른 자속밀도의 상승으로 철손의 감소를 조금은 기대할 수 있으나, Sb이 결정립계에 편석하여 결정립성장을 방해하므로 철손을 낮추는 데는 한계가 있다. 또한 소둔조건을 제어하는 예로서는 일본공개 특허공보(소) 59-8049호에 제시된 방법을 들 수 있다. 이 방법은 최종소둔시 자구의 이동을 방해하여 철손을 높이는 내부산화층의 생성을 억제하고 결정립을 크게 성장시키기 위하여 취종소둔을 1050℃이상의 온도에서 3-60초범위로 단시간 실시함으로써 우수한 자기특성을 얻는 방법이다. 하지만 상기 방법에 의하면 Si함량이 2.5%로 높은 경우에는 상변태구역이 존재하지 않기 때문에 효과적이지만, Si함량이 2.0%이하로 낮은 경우에는 소둔시 페라이트-오스테나이트 상변태가 일어나 오히려 결정립 크기가 작아지므로 철손이 높아지는 문제점이 있다.

한편 무방향성 전기강판의 다른 생산방법인 세미 프로세스 무방향성 전기강판의 경우는 자기특성을 향상시키기 위하여 소둔시의 냉각속도 제어와 특수원소 첨가 등의 방법을 사용하여 왔는데, 각각에 대한 대표적인 예를 들면 일본 공개 특허공보 (소) 63-255323호 및 일본공개 특허공보 (소) 59-100217 호에 제시된 방법을 들 수 있다. 그러나 상기 방법은 모두 수요가들이 소기의 자기특성을 얻기 위해서는 가공후에 응력제거소둔을 실시 해야만 하는 세미프로세스 제품의 문제점을 벗어나지 못한 단점이 있다.

따라서, 본 발명자들은 상기의 문제점들을 해결하기 위하여 연구와 실험을 행하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로써, 본 발명은 기존의 강종에 W을 첨가하고, 스킨 패스 압연과 최종소둔조건을 적절히 조절함으로써 변형유기결정립 성장에 의하여 철손이 낮은 풀리 프로세스 무방향성 전기강판의 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 풀리 프로세스 무방향성 전기강판의 제조방법에 있어서, 중량%로 C:0.01%이하, Si:2.0%이하, Mn:1.0%이하 Al:1.0%이하, S:0.010%이하, N:0.01%이하, P:0.1%이하와 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 규소강에 텡스텐을 0.02-0.50%첨가하고 1-12%로 스킨패스 압연한 다음 850℃이상 Ac₁변태점 이하의 온도에서 10초 -15분 동안 최종연속소둔하여 철손이 낮은 풀리 프로세스 무방향성 전기강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

이하 본 발명을 설명한다.

스킨패스 압연과 최종소둔조건의 적절한 조합을 통하여 결정립을 효과적으로 성장시킬 수 있다. 그러나, 결정립들이 균일하게 성장하지 않고 혼립상태로 존재하면 이력손실이 거의 낮아지지 않는다. 이를 방지하기 위해 본 발명에서는 강 스라브중에 텡스텐을 적절히 첨가하므로써 혼립을 감소시키고 또한 결정립계에 편석되는 일 없이 결정립계를 용이하게 이동시켜 결정립을 균일하고, 크게 성장시키는 특징이 있다.

먼저 본 발명에서 첨가원소의 성분범위에 대하여 설명한다.

탄소는 함량이 0.01%를 넘으면 자기시효를 일으켜 철손을 열화시키므로 첨가함량은 0.01%이하로 하는 것이 바람직하다.

규소는 비저항을 증가시켜 철손의 향상에 기여하는 원소이지만 함량이 2.0%를 넘으면 스킨패스 압연에 의한 철손개선효과가 없어지므로 첨가함량은 2.0%이하로 하는 것이 바람직하다.

망간은 철손개선에 유효한 원소이지만 1.0%를 넘으면 오히려 철손을 열하시키므로 첨가함량은 1.0% 이하로 하는 것이 바람직하다.

알루미늄은 규소와 마찬가지로 철손향상에 기여하지만, 함량이 1.0%를 넘으면 냉간압연성이 나빠지므로 그 첨가 범위는 1.0%이하로 한다.

황과 질소는 철손개선에 유해한 개재물을 형성하여 소둔시 결정립성장을 방해하므로 첨가범위는 낮을수록 바람직하기에 각각 0.01%이하로 제한한다.

인은 기계적강도 확보를 위하여 필요한 원소이지만 함량이 0.1%를 넘으면 냉간압연성이 나빠지므로 0.1% 이하로 한다.

텡스텐은 함량이 0.02%이상 되어야 스킨패스 압연후 단시간의 최종연속소둔시 결정립계를 용이하게 이동시켜 결정립을 균일하고 크게 성장시키는 작용을 발휘하지만 0.50% 이상 되면 이러한 효과는 포화될 뿐만 아니라 자속밀도를 저하시키므로 그 첨가범위는 0.02-0.50%범위로 제한한다.

상기와 같은 조성의 규소강 스라브를 재가열한 후 열간압연한 다음 열간압연판을 소둔하고, 다시 냉간압연한 다음 중간소둔을 실시하고 난후에 스킨패스압연을 하여 최종두께를 얻는다. 그 다음 냉간압연한 판을 최종소둔한다. 본 발명에서는 상기 열연판소둔 및 중간소둔은 재결정온도 이상에서 실시하고, 열연판소둔은 생략하여도 무방하다. 상기 스킨패스압연은 압연율을 1-12%로 제한하여 실시하는데, 그 이유는 압연율이 1%미만이면 결정립성장 구동력이 약해 최종소둔시 변형유기결정립성장이 일어나지 않고, 압연율이 12%를 넘으면 최종소둔시 새로운 핵생성이 일어나 변형유기결정립성장에 의한 철손감소효과를 기대할 수 없다. 또한 스킨패스 압연율을 1-12% 범위로 하여도 상기 최종소둔온도가 850℃보다 낮거나 소둔시간이 10초 미만이면 변형유기결정립성장이 일어나지 않고, 일어난다 하여도 완전하게 일어나지 않아 혼립조직이 생김으로 인해 철손이 높아진다. 또한 최종소둔온도가 Ac₁변태점보다 높으면 페라이트-펄라이트 변태가 일어나 결정립이 미세해지므로 오히려 철손이 높아지게 되고, 최종소둔시간이 15분 이상으로 길어져도 결정립성장에 의한 철손향상은 적고 자기특성에 유해한 산화물이 생성되어 오히려 철손은 높아지고 비경제적이다.

이하, 본발명의 실시예를 통하여 보다 상세히 설명한다.

＜실시예 1＞

중량%로, C:0.0055%, Si:0.89%, Mn:0.22%, Al:0.35%, S:0.0043%, N:0.0025%, P:0.019%와 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지고 W을 각각 0.11%, 0.27%, 0.65% 첨가한 규소강 스라브를 1150℃에서 재가열하여 두께 1.8㎜로 열간압연한 후 산세하여 스케일을 제거 하였다. 상기 열간압연판을 냉간압연하고 750℃에서 2분간 중간소둔한 후 스킨패스 압연율 3%로 하여 최종두께 0.50㎜로 압연하였다. 스킨패스압연판을 950℃에서 3분간 최종소둔하여 자기특성을 측정한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

W_15/50(w/kg) : 자속밀도 1.5T, 주파수 50Hz에서의 철손값

B₅₀(Tesla) : 자장의 세기가 5000A/m일때의 자속밀도 값.

상기 표 1에 나타난 바와 같이 본 발명의 W함량 범위를 만족하는 발명재(1-2)는 W이 첨가되지 않은 비교재(1)에 비하여 철손이 감소한다는 사실을 알 수 있다. 또한 W함량이 0.65%로 본 발명의 범위를 벗어난 비교재(2)의 경우는 발명재(2)와 철손은 비슷하지만 자속밀도가 저하되는 문제점이 있다.

＜실시예 2＞

중량%로, C:0.0045%, Si:0.82%, Mn:0.25%, Al:0.22%, S:0.0033%, N:0.0017%, P:0.026%와 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지고 W을 0.11% 첨가한 규소강 스라브를 1150℃에서 재가열하여 두께 2.0㎜로 열간압연한 후 산세하여 스케일을 제거 하였다. 상기 열간압연판을 하기 표2와 같은 조건으로 압연조건을 변화시켜 최종두께 0.50㎜로 냉간압연 한 다음, 가공된 판을 950℃에서 3분간 최종소둔하여 자기특성을 측정한 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

W_15/50(w/kg) : 자속밀도 1.5T, 주파수 50Hz에서의 철손값

B₅₀(Tesla) : 자장의 세기가 5000A/m일때의 자속밀도 값.

상기 표 2에 나타난 바와 같이 발명재(3-4)는 통상적인 제조방법으로 얻어진 비교재(3)에 비하여 결정립이 크게 성장되어 철손이 낮으며, 스킨패스 압연율이 본발명의 범위에 속하지 않는 비교재(4-5)는 통상적으로 제조된 비교재(3)에 비하여 철손특성이 거의 개선되지 않았다는 사실을 알 수 있다.

＜실시예 3＞

중량%로, C:0.0016%, Si:0.78%, Mn:0.28%, Al:0.24%, S:0.0047%, N:0.0023%, P:0.021%와 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지고 W을 0.22% 첨가한 규소강 스라브를 1150℃에서 재가열하여 두께 1.8㎜로 열간압연한 후 산세하여 스케일을 제거 하였다. 상기 열간압연판을 냉간압연하고 770℃에서 2분간 중간소둔한 후 스킨패스 압연율 4%로 하여 최종두께 0.50㎜로 압연하였다. 하기 표 3에 표시된 조건으로 최종소둔하여 자기특성을 측정한 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

W_15/50(w/kg) : 자속밀도 1.5T, 주파수 50Hz에서의 철손값

B₅₀(Tesla) : 자장의 세기가 5000A/m일때의 자속밀도 값.

상기 표 3에 나타난 바와 같이 최종소둔온도가 850℃보다 낮은 비교재(6)과 최종소둔온도가 본 성분계인 Ac₁변태점인 1016℃보다 높은 비교재(7)은 발명재(5-6)에 비하여 철손이 높아진다는 사실을 알 수 있다. 또한, 최종소둔온도는 본 발명의 범위에 있으나 소둔시간이 5초로 짧은 비교재(8)이나 20분으로 긴 비교재(9)의 경우도 발명재에 비하여 철손이 높아진다는 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 강중 W를 적정량 첨가하고, 스킨패스 압연 및 최종연속소둔조건을 적절히 제어함으로써 철손이 낮은 풀리 프로세스 무방향성 전기강판을 제조하는 방법을 제공하고, 제공된 무방향성 전기강판은 우수한 에너지효율이 요구되는 각종모터 등의 전기기기 제조분야에 적용될 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 중량%로, C:0.01%이하, Si:2.0%이하, Mn:1.0%이하 Al:1.0%이하, S:0.010%이하, N:0.01%이하와 P:0.1%이하, 나머지 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 규소강 스라브를 열간압연, 열연판소둔, 냉간압연, 중간소둔, 최종소둔하는 풀리 프로세스 무방향성전기강판의 제조방법에 있어서, 상기 규소강 스라브에 텡스텐을 0.02-0.50중량% 첨가하고; 상기 냉간압연한 후에 중간소둔 및 스킨패스 압연으로 이루어지며 또한, 상기 스킨패스 압연은 1-12% 행하고, 스킨패스 압연된 강판을 850℃이상 Ac₁변태점 이하의 온도에서 10초-15분 동안 최종연속소둔하는 것을 특징으로 하는 철손이 낮은 풀리 프로세스 무방향성 전기강판의 제조방법